集成數(shù)字電源管理的DC/DC轉(zhuǎn)換器支持即插即用

當(dāng)電子系統(tǒng)變得日益復(fù)雜且功能更加豐富時(shí)，對(duì)板級(jí)電源管理與控制的要求也變得越來越復(fù)雜，單個(gè)PCB上不同提供多個(gè)低電壓、高電流是設(shè)計(jì)人員經(jīng)常要面對(duì)的問題。將電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)與電源管理用數(shù)字方法集成到單芯片，實(shí)現(xiàn)智能化且高效的轉(zhuǎn)換與控制，已經(jīng)在Zilker Labs的ZL2005得到體現(xiàn)。繼ZL2005之后，Zilker Labs又拓展了適合低功耗應(yīng)用的ZL2105。

ZL2105除了繼承ZL2005的數(shù)字電源管理功能、簡(jiǎn)單的可配置性及高效率外，還進(jìn)一步集成了MOSFET和升壓二極管。Zilker Labs創(chuàng)始人兼市場(chǎng)營(yíng)銷副總裁Jim Templeton稱，ZL2105是業(yè)界首款整合了全數(shù)字電源管理功能的3A電源轉(zhuǎn)換單芯片，配置靈活，無需編程。

ZL2105(圖1)在6mm×6mm的小型封裝中，整合了同步降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器及關(guān)鍵的電源管理功能，是一款完整的全數(shù)字電源管理與轉(zhuǎn)換IC。通過整合同步功率MOSFET及升壓二極管，ZL2105僅需要七個(gè)外部分立元件，不僅極大地簡(jiǎn)化了客戶的設(shè)計(jì)流程，還帶來成本及50%的板級(jí)空間節(jié)省。此外，內(nèi)部偏壓LDO還可從12V的中間總線實(shí)現(xiàn)單電源運(yùn)行。

圖1：ZL2105在6mm×6mm封裝中整合了同步降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器及關(guān)鍵的電源管理功能

Templeton特別強(qiáng)調(diào)，易用性是ZL2105區(qū)別于其他同類產(chǎn)品的關(guān)鍵特性。運(yùn)行功能和配置均可通過簡(jiǎn)單的引腳帶選擇(通過低電平、懸空、高電平三個(gè)引腳配置，提供0.6V-5V之間的9個(gè)電壓輸出)、電阻選擇(0.6V~5.5V、間隔10mV的電壓輸出)或通過板上串口加以配置，無需復(fù)雜的編程，使用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)PMBus(電源管理總線)命令集可對(duì)Zilker Labs的Digital-DC產(chǎn)品進(jìn)行全面配置。

圖2為一個(gè)簡(jiǎn)單的輸出1.2V、30A的典型應(yīng)用框圖，由于1.2V屬于9個(gè)電壓中的一個(gè)，所以采用了引腳帶的配置，可以看出配置非常簡(jiǎn)單。

圖2：ZL2105輸出為1.2V、30A的典型應(yīng)用框圖

ZL2105可成為直流電傳輸與控制的靈活通用構(gòu)建塊，也可以與ZL2005器件一同使用，滿足PCB對(duì)多個(gè)低電壓、高電流需求，前者非常適合3A以下應(yīng)用，后者則用于3A-30A的高電流應(yīng)用。設(shè)計(jì)人員可將多個(gè)Digital-DC器件整合在一個(gè)給定的PCB上，并可輕松配置這些部件，以簡(jiǎn)化復(fù)雜的電源設(shè)計(jì)。Templeton表示，這種方案可實(shí)現(xiàn)“即插即用”的體驗(yàn)，并聲稱，當(dāng)前只有他們的方案才可以提供。

為將多個(gè)Digital-DC IC整合在給定的應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員只需通過引腳帶選擇對(duì)每個(gè)IC進(jìn)行配置，并將每個(gè)器件的串行總線(SMBus)連接起來即可，然后這些器件便可通過SMBus相互通信。這些器件可單獨(dú)加以監(jiān)控，也可作為一個(gè)系統(tǒng)加以監(jiān)控。

除了易用性和無需編程，ZL2105還包括其他一些關(guān)鍵的電源管理特性，如：精確的數(shù)字軟啟動(dòng)/終止、電壓跟蹤、上電排序及邊限功能，以及輸出電壓/電流監(jiān)控、熱監(jiān)控與關(guān)斷，具有I2C、SMBus通信總線，可實(shí)現(xiàn)與其他數(shù)字直流器件的無縫兼容性。

對(duì)于電源上電次序來說，ZL2005和ZL2105組合可以按照預(yù)定的時(shí)序，通過發(fā)送PMBus命令分配次序鏈中的器件前后次序來配置。

系統(tǒng)控制器監(jiān)控ZL2005/ZL2105系統(tǒng)參數(shù)，包括輸入輸出電壓、輸出電流、開關(guān)頻率和占空比、集成二極管的結(jié)溫度，或者通過總線接口監(jiān)測(cè)外部器件的溫度等。每個(gè)器件也可以單獨(dú)設(shè)置錯(cuò)誤狀態(tài)監(jiān)控，當(dāng)錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，通過單獨(dú)的引腳給控制器發(fā)送信號(hào)。

此外，特別值得注意的是其電源轉(zhuǎn)換特性。ZL2105的電源轉(zhuǎn)換效率高于90%，其輸入電壓介于4.5V-14V之間，輸出電壓為0.6V-5.5V，輸出電壓精度為±1%，開關(guān)頻率范圍是200kHz-2MHz，支持相交錯(cuò)。

當(dāng)前，數(shù)字電源的目標(biāo)應(yīng)用主要集中在大功率應(yīng)用需求，如FPGA/DSP/ASIC電源、電信/數(shù)據(jù)通信設(shè)備、負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器等。Templeton指出：“高性能便攜設(shè)備應(yīng)用也是未來數(shù)字電源的發(fā)展空間，例如需要多電壓供電的高端測(cè)試儀表等。”